CN105527190A - 一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置及测定方法，其中，该测定装置包括：装样机构、张力机构和加压机构，装样机构包括：用于盛装试样土壤的装土盒；张力机构包括：集气管、一端与集气管相连的具有90°折角的充水管，充水管的另一端连接一陶土管，陶土管自通孔水平插入装土盒内部的试样土壤中，集气管上安装一真空表。本发明的定压力的土壤水分特征曲线测定装置结构简单、成本较低，而且操作方便，不依赖精密复杂的测定仪器；特别适用于对人工边坡和垃圾填埋场土壤性质进行测定，通过试验室内模拟现场土压力的方法，较高程度地还原了测量现场，测量结果可靠准确且测量精度高，在一定程度上避免了环境因素所带来的误差。

Description

一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及一种土壤水分特征曲线测定装置及测定方法，具体涉及一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置及测定方法；属于土壤水管理和研究技术领域。

背景技术

土壤水分特征曲线是土壤水管理和研究的基本资料，也叫做土壤特征曲线或土壤pF曲线，它表述了土壤水势(土壤水吸力)和土壤水分含量之间的关系，是土壤水分非饱和的情况下，土壤水分含量和土壤基质势之间的关系曲线。土壤水分特征曲线不仅反映了土壤的含水率，也间接地反映出土壤中孔隙的分布。

土工建筑物如土坝、土堤、道路填方、垃圾填埋场以及填方边坡等都是用土作为建筑材料填筑而成的。如果填土含水率过低，遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土其他力学性质，实际工程中填土含水率的控制得当与否，不仅涉及到经济利益，而且影响到工程质量。

为了保证填土有足够的强度，施工中往往需要压实填料，土体受到的土压力是影响土壤水分特征曲线的重要因素。然而目前的实验方法在测定原状土壤尤其是深层原装状土壤水分特征曲线时，很难模拟现场条件进行测定，并且传统测量土壤水分特征曲线的实验设备复杂，价格高昂，不利于推广应用，有待改进。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量准确、操作简便的定压力的土壤水分特征曲线测定装置及测定方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，包括：装样机构、张力机构和加压机构，所述装样机构包括：用于盛装试样土壤的装土盒，所述装土盒底部设有排水结构，所述装土盒的盒体侧壁中部设有一通孔；所述张力机构包括：集气管、一端与集气管相连的具有90°折角的充水管，所述充水管的另一端连接一陶土管，所述陶土管自通孔水平插入装土盒内部的试样土壤中，所述集气管上安装一真空表；所述加压机构位于装样机构上方以对装土盒内的试样土壤施加等效土压力。

优选地，前述装土盒包括：底座、安装于底座上的金属环形周壁以及置于试样土壤上方的顶部透水石，所述底座内还设有底部透水石，并且底座上形成有出水口。

具体地，前述底座通过销钉固定于试验台上。

更优选地，前述金属环形周壁的外径小于底座的内径。

再优选地，前述通孔处设置有橡胶密封圈，以优化装土盒的密封性能，防止漏土。

进一步地，前述加压机构包括：安装于试验台上的支座、与支座顶端通过转动铰连接的载荷梁、悬挂于载荷梁自由端的砝码盘以及与载荷梁焊接的加压锤，所述加压锤施压于顶部透水石上。

更进一步地，前述支座底部设置有调节旋钮以调节载荷梁距离试验台的高度。

再进一步地，前述载荷梁上设有水平水准气泡仪。

更进一步地，前述载荷梁的自由端等距离地形成有若干用于悬挂砝码盘的槽孔，方便根据实验对压力的需求合理设置砝码盘的悬挂位置。

此外，本发明还公开了利用前述的定压力的土壤水分特征曲线测定装置进行特征曲线测定的方法，包括如下步骤：

S1、称量装样机构总重并记录，将底座通过销钉固定于试验台上，放入底部透水石，并在底部透水石上放置一层滤纸，盛装一定体积的试样土壤，在试样土壤上方放置一层滤纸，盖上顶部透水石；

S2、将加压锤放置于顶部透水石的中心位置，通过调节旋钮调节载荷梁的高度，使载荷梁上的水平水准气泡仪水平；计算现场原样土体压强和实验所需力臂和砝码质量，选择合适的槽孔位置和合适质量的砝码，悬挂砝码盘加压，装置稳定后微调调节旋钮，使水平水准气泡仪居中；

S3、使用温度计测定室温，在25℃温度场下进行测定；加水湿润1天使试样土壤饱和；

S4、对张力机构除气和校正零位后，使用钻头直径与陶土管直径相同的开口钻头从通孔钻至试样土壤中心，然后水平插入陶土管；

S5、卸去荷载和装置底座的固定销钉，称量试样含装置总重并记录，重新固定装置，按原位置加压并调平载荷梁；

S6、每12h记录一次真空表读数并按上述步骤S5称重试样含装置质量，一直到真空表读数不再上升或者达到最大量程为止；

S7、卸去装置，取出试样土壤并烘干，测量试样土壤干重和装置重量，计算各个阶段的土壤含水率和基质势，得到脱湿过程的土壤水分特征曲线。

本发明的有益之处在于：本发明的定压力的土壤水分特征曲线测定装置结构简单、成本较低，而且操作方便，不依赖精密复杂的测定仪器；该测定装置和测定方法特别适用于对人工边坡和垃圾填埋场土壤性质进行测定，通过试验室内模拟现场土压力的方法，较高程度地还原了测量现场，测量结果可靠准确且测量精度高，在一定程度上避免了环境因素所带来的误差。

附图说明

图1是本发明的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置的一个优选实施例的机构示意图；

图2是图1所示实施例中装样机构和张力机构的结构示意图。

图中附图标记的含义：1、顶部透水石，2、试样土壤，3、金属环形周壁，4、底座，5、销钉，6、出水口，7、底部透水石，8、陶土管，9、充水管，10、真空表，11、集气管，12、加压锤，13、支座，14、调节旋钮，15、转动铰，16、载荷梁，17、槽孔，18、水平水准气泡仪，19、砝码盘，20、砝码，21、试验台。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明的定压力的土壤水分特征曲线测定装置能够在实验室条件下较高程度地还原测量现场，适用于对人工边坡和垃圾填埋场土壤性质进行测定，其结构参见图1，主要包括：装样机构、张力机构和加压机构。

其中，装样机构用于盛装试样土壤2，包括一装土盒，在装土盒底部设有排水结构，并且装土盒的盒体侧壁中部设有一通孔。参见图2，在本实施例中，装土盒具体包括：底座4、安装于底座4上的金属环形周壁3以及置于试样土壤2上方的顶部透水石1，金属环形周壁3的外径小于底座4的内径以方便安装，在底座4内还设有底部透水石7，并且底座4上形成有出水口6以确保实验过程中顺利排水。在测试过程中，底座4通过销钉5固定于试验台21上。

如图2所示，张力机构包括：集气管11、一端与集气管11相连的具有90°折角的充水管9，充水管9的另一端连接一陶土管8，陶土管8自通孔水平插入装土盒内部的试样土壤2中，为了确保密封性能，在通孔处设置有橡胶密封圈；集气管11上安装一真空表10，通过监控和记录真空表10的读数可获得土壤水分的相关信息。

加压机构位于装样机构上方以对装土盒内的试样土壤2施加等效土压力。具体地，参见图1，加压机构包括：安装于试验台21上的支座13、与支座13顶端通过转动铰15连接的载荷梁16、悬挂于载荷梁16自由端的砝码盘19以及与载荷梁16焊接的加压锤12，加压锤12直接施压于顶部透水石1上。

如图1所示，支座13底部设置有调节旋钮14以调节载荷梁16距离试验台21的高度并确保载荷梁16水平设置，为了检验水平度，在载荷梁16上设有水平水准气泡仪18。

进一步地，在载荷梁16的自由端还等距离地形成有若干用于悬挂砝码盘19的槽孔17，方便根据实验对压力的需求合理设置砝码盘19的悬挂位置，添加不同质量的砝码20。

此外，本发明还公开了利用前述的定压力的土壤水分特征曲线测定装置进行特征曲线测定的方法，包括如下步骤：

S1、称量装样机构总重并记录，将底座4通过销钉5固定于试验台21上，放入底部透水石7，并在底部透水石7上放置一层滤纸，盛装一定体积的试样土壤2，在试样土壤2上方放置一层滤纸，盖上顶部透水石1；

S2、将加压锤12放置于顶部透水石1的中心位置，通过调节旋钮14调节载荷梁16的高度，使载荷梁16上的水平水准气泡仪18水平；计算现场原样土体压强和实验所需力臂和砝码20质量，选择合适的槽孔17位置和合适质量的砝码20，悬挂砝码盘19加压，装置稳定后微调调节旋钮14，使水平水准气泡仪18居中；

S3、使用温度计测定室温，在25℃温度场下进行测定；加水湿润1天使试样土壤2饱和；

S4、对张力机构除气和校正零位后，使用钻头直径与陶土管8直径相同的开口钻头从通孔钻至试样土壤2中心，然后水平插入陶土管8；

S5、卸去荷载和装置底座4的固定销钉5，称量试样含装置总重并记录，重新固定装置，按原位置加压并调平载荷梁16；

S6、每12h记录一次真空表10读数并按上述步骤S5称重试样含装置质量，一直到真空表10读数不再上升或者达到最大量程为止；

S7、卸去装置，取出试样土壤2并烘干，测量试样土壤2干重和装置重量，计算各个阶段的土壤含水率和基质势，得到脱湿过程的土壤水分特征曲线。

综上，本发明的定压力的土壤水分特征曲线测定装置结构简单、成本较低，而且操作方便，不依赖精密复杂的测定仪器；该测定装置和测定方法特别适用于对人工边坡和垃圾填埋场土壤性质进行测定，通过试验室内模拟现场土压力的方法，较高程度地还原了测量现场，测量结果可靠准确且测量精度高，在一定程度上避免了环境因素所带来的误差。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，包括：装样机构、张力机构和加压机构，所述装样机构包括：用于盛装试样土壤的装土盒，所述装土盒底部设有排水结构，所述装土盒的盒体侧壁中部设有一通孔；所述张力机构包括：集气管、一端与集气管相连的具有90°折角的充水管，所述充水管的另一端连接一陶土管，所述陶土管自通孔水平插入装土盒内部的试样土壤中，所述集气管上安装一真空表；所述加压机构位于装样机构上方以对装土盒内的试样土壤施加等效土压力。

2.根据权利要求1所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述装土盒包括：底座、安装于底座上的金属环形周壁以及置于试样土壤上方的顶部透水石，所述底座内还设有底部透水石，并且底座上形成有出水口。

3.根据权利要求2所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述底座通过销钉固定于试验台上。

4.根据权利要求2所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述金属环形周壁的外径小于底座的内径。

5.根据权利要求2所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述通孔处设置有橡胶密封圈。

6.根据权利要求2-5任一项所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述加压机构包括：安装于试验台上的支座、与支座顶端通过转动铰连接的载荷梁、悬挂于载荷梁自由端的砝码盘以及与载荷梁焊接的加压锤，所述加压锤施压于顶部透水石上。

7.根据权利要求6所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述支座底部设置有调节旋钮以调节载荷梁距离试验台的高度。

8.根据权利要求6所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述载荷梁上设有水平水准气泡仪。

9.根据权利要求6所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置，其特征在于，所述载荷梁的自由端等距离地形成有若干用于悬挂砝码盘的槽孔。

10.利用权利要求6所述的一种定压力的土壤水分特征曲线测定装置进行特征曲线测定的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、称量装样机构总重并记录，将底座通过销钉固定于试验台上，放入底部透水石，并在底部透水石上放置一层滤纸，盛装一定体积的试样土壤，在试样土壤上方放置一层滤纸，盖上顶部透水石；

S2、将加压锤放置于顶部透水石的中心位置，通过调节旋钮调节载荷梁的高度，使载荷梁上的水平水准气泡仪水平；计算现场原样土体压强和实验所需力臂和砝码质量，选择合适的槽孔位置和合适质量的砝码，悬挂砝码盘加压，装置稳定后微调调节旋钮，使水平水准气泡仪居中；

S3、使用温度计测定室温，在25℃温度场下进行测定；加水湿润1天使试样土壤饱和；

S4、对张力机构除气和校正零位后，使用钻头直径与陶土管直径相同的开口钻头从通孔钻至试样土壤中心，然后水平插入陶土管；

S5、卸去荷载和装置底座的固定销钉，称量试样含装置总重并记录，重新固定装置，按原位置加压并调平载荷梁；

S6、每12h记录一次真空表读数并按上述步骤S5称重试样含装置质量，一直到真空表读数不再上升或者达到最大量程为止；

S7、卸去装置，取出试样土壤并烘干，测量试样土壤干重和装置重量，计算各个阶段的土壤含水率和基质势，得到脱湿过程的土壤水分特征曲线。